3D物理组件
Author : Charley Version >= LayaAir 3.2
3D物理组件，主要包括两部分，一部分是物理碰撞器，另一部分是物理约束。
1、物理碰撞器
LayaAir3的物理碰撞器组件有三种，分别是3D刚体、静态碰撞器、角色控制器。如图1所示，
(图1)
1.1 3D刚体
无论是在2D还是3D物理引擎中，刚体（RigidBody）都是理解物理模拟的基础之一。
我们知道，所有有形体的物质在自然界中都可以被称为物体。
刚体是力学中的一个抽象概念，用来描述物体的特性。它是一种理想化的力学模型，指的是在受力或运动过程中，物体的形状和大小保持不变，且物体内部各点之间的相对位置不发生变化。
然而，现实世界中不可能存在完全符合这一定义的刚体模型。因为当物体受到力的作用时，力的大小、物体的材质、弹性、塑性等因素会导致物体发生形变。尽管如此，在很多物理模拟中，若物体的形变对整体运动过程影响较小，或者为了简化问题，我们仍然将物体视为刚体，忽略其形状和体积的变化。这样的近似方法通常能够获得与实际情况相符的结果。
在LayaAir3引擎中，3D刚体的类为Rigidbody3D，这是一个物理的组件类，继承自物理碰撞器组件类 PhysicsColliderComponent，它提供了物理模拟所需的全部核心功能，包括力的应用、速度控制、重力影响、碰撞响应等。
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1.2 静态碰撞器
在物理引擎的设计中，静态碰撞器具有几个关键特性。
首先，它们在位置上保持绝对静止，除非开发者通过脚本直接修改其变换属性。
与动态物体（如由Rigidbody3D表示的刚体）不同，静态碰撞器不会受到重力、冲量或其他外力的影响。这意味着无论其他物体如何与之碰撞，静态碰撞器都会保持在原始位置，不会产生位移或旋转。
静态碰撞器的主要作用是为场景提供物理边界和障碍物，例如地形、建筑物、墙壁、平台等固定不动的环境元素。当动态物体（如受物理引擎控制的角色或物品）与静态碰撞器接触时，动态物体可以根据物理规则做出相应反应，如反弹、滑动或停止。这使得游戏中的物体能够以逼真的方式与环境交互，而不会导致环境本身发生移动。
从性能角度看，静态碰撞器比动态的刚体更为高效。由于它们不需要计算位置、速度、加速度等动态属性，有助于提升性能并减少不必要的物理运算。
在LayaAir3引擎中，静态碰撞器的类为PhysicsCollider，这是一个物理的组件类，继承自物理碰撞器组件类 PhysicsColliderComponent，用于模拟那些不会移动或不受物理力影响的物体的碰撞体。
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1.3 角色控制器
角色控制器（Character Controller）是游戏引擎中用于控制玩家或NPC（非玩家角色）运动的组件。它通常用来简化和优化角色在三维空间中的运动和碰撞处理，提供一个专门的接口来实现角色的移动、跳跃、碰撞检测等功能。
从本质上讲，角色控制器代表了一种受限的物理实体。与完全遵循牛顿物理定律的刚体不同，角色控制器采用了一种混合方法，将确定性的角色移动与物理环境的交互结合起来。它既不是完全静态的碰撞体，也不是完全动态的刚体，而是介于两者之间的特殊存在。
与静态物理碰撞器（PhysicsCollider）不同，角色控制器可以在场景中主动移动；
与动态刚体（Rigidbody3D）不同，角色控制器的移动不完全受物理引擎的力学系统控制，而是通过显式的移动指令实现，这确保了游戏角色的移动更精确可控。
在物理表示上，角色控制器默认使用胶囊体（CapsuleColliderShape）作为碰撞形状，这是因为胶囊体形状最适合模拟人形角色，能够在保持稳定性的同时有效处理与环境的碰撞。开发者可以通过radius（半径）和height（高度）属性调整这个胶囊体的尺寸，通过centerOffset属性调整胶囊体在角色本地坐标系中的位置偏移。
角色控制器内置了多种实用功能来处理常见的角色移动场景。例如，stepHeight属性定义了角色可以自动跨越的最大台阶高度，使角色能够平滑地爬上小台阶而不需要跳跃。maxSlope属性设置了角色能够攀爬的最大斜坡角度，超过此角度的斜面将被视为不可攀爬。move与jump方法，分别控制角色的移动与跳跃功能。
在游戏开发实践中，角色控制器特别适用于第一人称或第三人称游戏中的主角控制，它解决了传统使用3D刚体控制角色时可能出现的问题，如滑动、翻倒或碰撞不稳定等。通过角色控制器，开发者可以实现精确的角色控制，包括移动、跳跃、攀爬和与环境的交互，同时保持适当的物理真实感。
在LayaAir3引擎中，角色控制器的类为CharacterController，这是一个物理的组件类，继承自物理碰撞器组件类 PhysicsColliderComponent，它是一个专为角色移动设计的物理组件，是实现高品质角色控制系统的理想选择。
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2、物理约束
LayaAir3的物理约束组件有四种，分别是，固定约束、铰链约束、弹簧约束、可配置约束，如图2所示，
(图2)
1.4 固定约束
固定约束用于将两个物体完全固定在一起，限制它们之间的所有相对运动和旋转，使其成为一个整体，就好像它们被焊接在一起一样。
固定约束通常用于表示那些不允许相对运动的连接，例如将武器固定在角色的手上某个特定位置，武器与角色手之间就可以使用固定约束，无论角色如何移动或动画如何播放，武器都会保持在固定的相对位置和方向上；
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1.5 铰链约束
链约束允许两个物体之间围绕某一特定轴线旋转，但限制其他方向的运动。类似于门的铰链或其他旋转连接，铰链约束限制了两个物体的线性位移，只允许绕着指定轴线的旋转。
在模拟各种具有旋转关节的物体时非常有用，比如模拟门、窗户的开关，机械装置中类似曲柄、摇杆等绕轴转动的部件，通过铰链约束可以准确地实现它们绕特定轴的旋转运动，使模拟更加真实。
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1.6 弹簧约束
弹簧约束允许两个物体之间保持某种弹性连接。当它们之间的距离超过某个范围时，弹簧会产生恢复力，试图使两个物体之间保持一定的距离或相对位置关系。当物体之间的距离偏离了设定的平衡位置时，弹簧约束会产生一个力，尝试将物体拉回到平衡位置。
可用于模拟各种具有弹性连接的物体或系统，比如模拟车辆的悬挂系统，使车轮与车身之间通过弹簧约束连接，能让车轮在行驶过程中根据路面情况上下移动，同时又能保持与车身的连接；还可以用于模拟弹性绳索、链条等物体，当物体之间的距离发生变化时，弹簧约束会像真实的弹簧一样产生相应的弹力来影响物体的运动。
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1.7 可配置约束
可配置约束是一种高度灵活的约束类型，它允许用户根据具体的需求和场景，通过各种参数配置来精确地定义两个物体之间的约束关系，可以对物体的平移、旋转、位置、角度等多个方面进行详细的约束设置，并且可以根据不同的条件和逻辑动态地改变约束的行为和属性。
适用于各种复杂的物理模拟场景，当其他标准约束类型不能满足特定的需求时，可配置约束就可以发挥作用。例如在模拟复杂的机械装置、机器人的关节运动等场景中，通过可配置约束可以精确地定义每个关节的运动范围、限制条件等；在一些需要根据不同情况动态改变约束关系的游戏或仿真应用中，可配置约束也能很好地满足需求，如根据角色的技能或环境变化，动态调整物体之间的连接方式和约束条件。